功能性超声定位显微技术无创表征小鼠脑部周细胞功能障碍及其在遗传性出血性毛细血管扩张症中的治疗应用

本研究针对遗传性出血性毛细血管扩张症（HHT）等神经系统疾病中周细胞（pericyte）功能障碍导致的微血管异常，开发了非侵入性功能性超声定位显微技术（fULM），实现了对脑部微血管结构和血流动力学的微米级分辨率动态监测。研究人员通过内皮细胞特异性敲除Endoglin基因构建HHT小鼠模型，发现动脉-毛细血管过渡区（ACT zone）周细胞覆盖减少导致血管扩张、血流速度降低及神经血管耦合异常。TGF-β信号通路激活剂C381可恢复周细胞功能，为临床监测周细胞靶向治疗提供了新工具。该成果发表于《Nature Biomedical Engineering》，为脑血管疾病的早期诊断和治疗评估开辟了新途径。

　　

脑血管疾病的早期诊断面临重大挑战——周细胞（pericyte）功能障碍引发的微血管异常往往在出现临床症状前就已发生，但现有影像技术难以实现非侵入性的微米级监测。遗传性出血性毛细血管扩张症（HHT）患者因ENG或ACVRL1基因突变导致血管畸形，常伴随偏头痛、癫痫等神经系统症状，其病理机制与周细胞-内皮细胞相互作用失调密切相关。法国巴黎笛卡尔大学（Université Paris Descartes）和荷兰莱顿大学医学中心（Leiden University Medical Centre）的Jérémy H. Thalgott团队开发了革命性的功能性超声定位显微技术（functional ultrasound localization microscopy, fULM），首次实现了全脑范围微血管结构与功能的动态可视化。

研究采用Cdh5-creERT2;Eng^fl/fl;NG2DsRedBAC转基因小鼠模型，通过他莫昔芬诱导成年小鼠内皮细胞特异性敲除Endoglin基因模拟HHT病理特征。关键技术包括：1）超高速超声成像（500Hz帧率）结合微泡（microbubble）追踪实现6.5μm空间分辨率；2）whisker刺激范式评估神经血管耦合功能；3）离体视网膜电生理检测周细胞收缩性；4）TGF-β激活剂C381和AKT抑制剂VAD044的干预实验。

fULM揭示Eng缺失后的快速血流速度变化
通过微泡轨迹分析发现，基因敲除4天后小鼠脑皮质深层（400-1,600μm）动脉-毛细血管过渡区血流速度降低30.1%，血管直径增加57.6%，证实周细胞覆盖减少导致血管张力丧失。

e小鼠脑动脉异常'>

动脉形态不规则影响液体通量
血管背向散射成像显示敲除组动脉迂曲度增加2.3倍，部分血管出现螺旋状扭曲，提示周细胞缺失导致血管壁机械稳定性下降。

fUS成像显示神经血管耦合异常
whisker刺激早期（30-34s），敲除组血流响应幅度降低30.4%，峰值延迟46.9%，表明动脉-毛细血管过渡区周细胞对功能性充血（functional hyperemia）的启动作用受损。

TGF-β生物利用度受损机制
离体实验证实TGF-β1（而非BMP9）可通过ALK5-ROCK通路恢复周细胞收缩功能。电生理显示，TGF-β1处理使周细胞收缩阈值电流从2.13±0.29μA恢复至对照水平（1.55±0.31μA）。

C381药物恢复周细胞功能
TGF-β信号激活剂C381治疗2天使周细胞覆盖率恢复至82.3%，动脉迂曲度降低41.5%，神经血管耦合响应时间缩短至4.9±1.8s（vs未治疗组7.2±1.7s）。

该研究首次建立fULM技术用于周细胞功能障碍的活体评估，空间分辨率（6.5μm）较传统fMRI提高15倍，时间分辨率达2秒。发现HHT中存在TGF-β-ALK5-ROCK通路失调的新机制，为阿尔茨海默病、糖尿病视网膜病变等周细胞相关疾病提供了通用诊断工具。临床转化前景广阔——目前fULM已通过人类颅骨实现微血管成像，未来或成为周细胞靶向治疗（如C381）的疗效监测标准。研究数据已公开于Zenodo（DOI:10.5281/zenodo.15280877），代码通过GitHub共享。